燃烧学—第5章2

1、燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系1燃烧学 燃烧学燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系25.35.3闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限 5.3.15.3.1闪燃与闪点闪燃与闪点v 闪燃闪燃 v 闪点闪点 v 液体的闪点一般要用专门的开杯式或闭杯式闪点测定仪测得液体的闪点一般要用专门的开杯式或闭杯式闪点测定仪测得 5.3.25.3.2同类液体闪点变化规律同类液体闪点变化规律 v 同系物同系物 v 同系物的闪点具有以下规律：同系物的闪点具有以下规律： （1 1）同系物闪点随分子量增加而升高。）同系物闪点随分子量增加而升高。 （2 2）同系物闪

2、点随沸点的升高而升高，）同系物闪点随沸点的升高而升高， （3 3）同系物闪点随比重的增大而升高，）同系物闪点随比重的增大而升高， （4 4）同系物闪点随蒸气压的降低而升高，）同系物闪点随蒸气压的降低而升高， （5 5）同系物中正构体比异构体闪点高，）同系物中正构体比异构体闪点高，燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3表表5-9 正构体与异构体的闪点比较正构体与异构体的闪点比较物质名物质名称称沸点沸点（）闪点闪点（）物质名物质名称称沸点沸点（）闪点闪点（）正戊烷正戊烷3640正己酮正己酮127.535异戊烷异戊烷2852异己酮异己酮11917正辛烷正辛烷125.616.

3、5正丙烷正丙烷9111.5异辛烷异辛烷9912.5异丙烷异丙烷6913氯代正氯代正丁烷丁烷7911.5氯代异氯代异丁烷丁烷7024燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系4表表5-10 部分醇和芳烃的物理性能部分醇和芳烃的物理性能物物 质质分子式分子式分子分子量量比重比重20/4沸点沸点（温度（温度）20时时的蒸气的蒸气压力压力（kPa）闪闪点点（）醇醇 类类甲醇甲醇CH3OH320.79264.5611.827乙醇乙醇C2H6OH460.78978.45.879正丙醇正丙醇C3H7OH600.80497.21.9322.5正丁醇正丁醇C4H9OH740.810117.8

4、0.6334正戊醇正戊醇C5H11OH880.817137.80.3746芳芳烃烃类类苯苯C6H6780.87380.369.97-12甲苯甲苯C6H5CH3920.866110.362.975二甲苯二甲苯C6H4（CH3）21060.879146.02.1823燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系55.3.35.3.3混合液体闪点混合液体闪点 5.3.3.15.3.3.1两种完全互溶的可燃液体的混合液体的闪点两种完全互溶的可燃液体的混合液体的闪点 v 这类混合液体的闪点一般低于各组分的闪点的算术平均值，这类混合液体的闪点一般低于各组分的闪点的算术平均值，并且接近于含

5、量大的组分的闪点并且接近于含量大的组分的闪点 例如纯甲醇闪点为例如纯甲醇闪点为77，纯乙酸戊酯的闪点为，纯乙酸戊酯的闪点为2828。 当当6060酌甲醇与酌甲醇与4040乙酸戊酯混合时，其闪点并不等于乙酸戊酯混合时，其闪点并不等于7 76060+28+28404015.415.4，而是等于，而是等于10 10 对甲醇和丁醇（闪点对甲醇和丁醇（闪点3636）1 1：1 1的混合液，其闪点等于的混合液，其闪点等于1313，而，而不是不是 在煤油中加入在煤油中加入1的汽油，煤油的闪点要降低的汽油，煤油的闪点要降低10以上。以上。 5 .2136721燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全

6、与消防工程系6图图5-12 5-12 甲醇与乙醇戊酯混合液甲醇与乙醇戊酯混合液的闪点的闪点图图5-13 5-13 甲醇与丁醇混合液的闪甲醇与丁醇混合液的闪点点燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系7 5.3.3.25.3.3.2可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点v 在可燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含在可燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含量增加而升高，当不燃组分含量达一定值时，混合液体不再量增加而升高，当不燃组分含量达一定值时，混合液体不再发生闪燃发生闪燃 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全

7、与消防工程系8表表511 511 醇水溶液的闪点醇水溶液的闪点溶液中的醇的含量溶液中的醇的含量（）（）闪点（闪点（）甲甲 醇醇乙乙 醇醇1007117518225522234030251060505无无603无无无无燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系9补充 同类液体自燃点变化规律同类液体自燃点变化规律 v 同系物的自燃点同系物的自燃点 有以下规律：有以下规律： （1 1）同系物自燃点随分子量增加而）同系物自燃点随分子量增加而减少减少。 （2 2）同系物中正构体比异构体自燃点）同系物中正构体比异构体自燃点低。低。 （3 3）饱和烃比相应的不饱和烃的自燃点）饱和烃比相应

8、的不饱和烃的自燃点高。高。油品油品名称名称与空气混合时的与空气混合时的 爆炸爆炸 极限含量极限含量%（v）温度温度下限下限上限上限一般沸程一般沸程闪点闪点 自燃点自燃点汽油汽油1.08.050-205-50-28415-530煤油煤油0.86.5 200-300 40-55380-425轻柴油轻柴油0.6 6.5180-36055-90300-380重柴油重柴油-300-37065-120300-330润滑油润滑油-350-530120-250300-350燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系10 工厂提高汽油辛烷值的途径有三个：一是选择良好的工厂提高汽油辛烷值的途径

9、有三个：一是选择良好的原料和改进加工工艺，例如采用催化裂化、重整等二原料和改进加工工艺，例如采用催化裂化、重整等二次加工工艺。二是向产品中调入抗爆性优良的高辛烷次加工工艺。二是向产品中调入抗爆性优良的高辛烷值成分，例如异辛烷、异丙苯、烷基苯等。三是加入值成分，例如异辛烷、异丙苯、烷基苯等。三是加入抗爆剂。抗爆剂。 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系115.3.45.3.4闪点计算闪点计算闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限 液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为100%100L

10、PPPPLff若已知若已知L L，即可求出，即可求出P Pf f，根据克劳修斯一克拉佩龙方程，求出该液体，根据克劳修斯一克拉佩龙方程，求出该液体的闪点的闪点 0303. 2lgCRTLPV或者利用安顿（或者利用安顿（AnloineAnloine）方程）方程 ctbaplg燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12 例例51 51 已知癸烷的爆炸下限为已知癸烷的爆炸下限为0.750.75，环境压力为，环境压力为1.013251.0132510105 5PaPa，试求其闪点。，试求其闪点。解解 闪点对应的蒸气压为闪点对应的蒸气压为 P Pf f0.75%0.75%1.013

11、25 1.01325 l0l05 5760760（PaPa）查表查表5555，癸烷的，癸烷的L Lv v45612 J/mol45612 J/mol，C=10.3730C=10.3730。将已知值代入式（将已知值代入式（5-17b5-17b），得闪点为），得闪点为 （K K） 则则t tf f3182733182734545（）318760lg3730.10314. 8303. 245612lgR303. 2fvfPCLT燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系13 闪点在消防安全管理中的重要意义闪点在消防安全管理中的重要意义 可燃液体火灾危险等级分类：可燃液体火灾危险等

12、级分类：v 甲类液体火灾：闪点小于甲类液体火灾：闪点小于28。 代表液体：汽油（代表液体：汽油（-38）v 乙类液体火灾：闪点在乙类液体火灾：闪点在2860 代表液体：煤油（代表液体：煤油（40）v 丙类液体火灾：闪点大于丙类液体火灾：闪点大于60 代表液体：柴油（代表液体：柴油（65）燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系145.3.55.3.5爆炸温度极限爆炸温度极限 5.3.5.15.3.5.1爆炸温度极限爆炸温度极限 v 液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限，混合气体遇火源液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限，混合气体遇火源就会发生爆炸。就会发生爆炸。v 蒸气浓

13、度与温度成一一对应关系。蒸气浓度与温度成一一对应关系。v 蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆炸温度上、下限，分别用炸温度上、下限，分别用t t上上、t t下下表示表示 v 液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空气的混合气体遇火源会发生爆炸。气的混合气体遇火源会发生爆炸。t下下t上上TC%UL燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系15表表512 可燃液体的爆炸浓度极限和爆炸温度极限的比较可燃液体的爆炸浓度极限和爆炸温度极限的比较爆炸浓度极

14、限（）爆炸浓度极限（）液体名称液体名称爆炸温度极限（爆炸温度极限（）下限下限上限上限上限上限下限下限3.318.0酒精酒精+11+401.57.0甲苯甲苯+5.5+310.862.0松节油松节油+33.5+531.77.2车用汽油车用汽油-38-81.47.5灯用煤油灯用煤油+40+861.8540乙醚乙醚-45+131.59.5苯苯-14+19燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系16 举例分析（设室温为举例分析（设室温为0 02828）：）： v （1 1）苯：爆炸温度下限）苯：爆炸温度下限t t下下1414，爆炸温度上限，爆炸温度上限t t上上1919，与室温关系

15、为：，与室温关系为： v 显然苯蒸气在显然苯蒸气在0 01919范围内是能爆炸的范围内是能爆炸的 t t下下（1414）T T上上（+19+19）0 02828t t 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系17v （2 2）酒精：）酒精： t t下下1111， t t上上4040，与室温关系为：，与室温关系为：v 在室温在室温11112828之间的温度范围内，酒精蒸气正好处于爆炸之间的温度范围内，酒精蒸气正好处于爆炸浓度极限范围之内，是能爆炸的。浓度极限范围之内，是能爆炸的。 t t下下（+11+11）T T上上（+40+40）0 02828t t 燃烧学燃烧学-第五章

16、第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系18v （3 3）煤油：）煤油： t t下下4040， t t上上8686，与室温关系为：，与室温关系为： v 煤油在室温范围内，其蒸气浓度没有达到爆炸下限，煤油蒸煤油在室温范围内，其蒸气浓度没有达到爆炸下限，煤油蒸气是不会爆炸的气是不会爆炸的 v （4 4）汽油：）汽油： t t下下3838， t t上上88，与室温关系为：，与室温关系为：v 汽油在室温范围内，其饱和蒸气浓度已经超过爆炸上限，它汽油在室温范围内，其饱和蒸气浓度已经超过爆炸上限，它与空气的混和气体遇火源不会发生爆炸与空气的混和气体遇火源不会发生爆炸 t t下下（+40+40）t t上上

17、（+86+86）0 02828t t t t下下（-38-38）T上上（-8）0 02828tt燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系19 通过以上分析可以得出以下结论：通过以上分析可以得出以下结论： v （1 1）凡爆炸温度下限（）凡爆炸温度下限（t t下下）小于最高室温的可燃液体，其蒸）小于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均能发生爆炸；气与空气混合物遇火源均能发生爆炸；v （2 2）凡爆炸温度下限（）凡爆炸温度下限（t t下下）大于最高室温的可燃液体，其蒸）大于最高室温的可燃液体，其蒸气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸；气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸

18、； v （3 3）凡爆炸温度上限（）凡爆炸温度上限（t t上上）小于最低室温的可燃液体，其咆）小于最低室温的可燃液体，其咆和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与其非饱和蒸气与空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系20 5.3.5.25.3.5.2爆炸温度极限的计算爆炸温度极限的计算v 爆炸温度下限为液体的闪点，其计算与闪点计算相同爆炸温度下限为液体的闪点，其计算与闪点计算相同 v 爆炸温度上限的计算，可根据已知的爆炸浓度上限值计算相爆炸温度上限的计算

19、，可根据已知的爆炸浓度上限值计算相应的饱和蒸气压，然后用克劳修斯一克拉佩龙方程等方法计应的饱和蒸气压，然后用克劳修斯一克拉佩龙方程等方法计算出饱和蒸气压所对应的温度，即为爆炸温度上限。算出饱和蒸气压所对应的温度，即为爆炸温度上限。v 例例52 52 已知甲苯的爆炸浓度极限范围为已知甲苯的爆炸浓度极限范围为1.27%1.27%6.75% 6.75% ，求，求其在其在1.013251.01325lOlO5 5PaPa大气压下的爆炸温度极限。大气压下的爆炸温度极限。解解 （1 1）求爆炸浓度极限所对应的饱和蒸气压：）求爆炸浓度极限所对应的饱和蒸气压：P P饱下饱下101325 101325 1.27

20、% 1.27%1287 1287 （PaPa）P P饱上饱上101325 101325 6.75% 6.75%6839 6839 （PaPa）（2 2）用克劳修斯一克拉佩龙方程计算爆炸温度极限）用克劳修斯一克拉佩龙方程计算爆炸温度极限饱和蒸气压为饱和蒸气压为1287Pa1287Pa和和6839Pa6839Pa时，甲苯所处的温度范围分别为时，甲苯所处的温度范围分别为0 01010和和30304040。下0 . 5K1 .2782871lg8443. 9314. 8303. 235866lgR303. 2tfvPCL上6 .38K7 .3118396lg8443. 9314. 8303. 2358

21、66lgR303. 2tfvPCL燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系21 5.3.5.35.3.5.3爆炸温度极限的影响因素爆炸温度极限的影响因素v 1 1可燃液体的性质可燃液体的性质 v 2 2压力压力 表表513 513 压力对甲苯闪点的影响压力对甲苯闪点的影响总压力总压力甲苯饱和蒸气压（甲苯饱和蒸气压（Pa）甲苯闭杯闪点（甲苯闭杯闪点（）740788890.110000012004.9197368236816.3燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系22v 举例：飞机油箱中燃油的爆炸温度极限的变化举例：飞机油箱中燃油的爆炸温度极限的变化

22、图图5-14 5-14 飞机飞行期间燃油可燃性区域示意飞机飞行期间燃油可燃性区域示意图图燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系23v 3 3水分或其他物质含量水分或其他物质含量 在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。 如果在闪点高的可燃液体中加入闪点低的可燃液体，则混合液体如果在闪点高的可燃液体中加入闪点低的可燃液体，则混合液体的爆炸温度极限比前者低，即使低闪点液体的加入量很少，也会的爆炸温度极限比前者低，即使低闪点液体的加入量很少，也会使混合液体的闪点比高闪点液体的闪点低得多使混合液体的闪点比高闪点液体的闪点低得多 v 4

23、 4火源强度与点火时间火源强度与点火时间 一般来说，在其他条件相同时，液面上的火源强度越高，或者点一般来说，在其他条件相同时，液面上的火源强度越高，或者点火时间越长，液体的爆炸温度下限（或闪点）越低。火时间越长，液体的爆炸温度下限（或闪点）越低。 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系24火焰前锋火焰前锋蒸气流蒸气流热流热流蒸气流蒸气流热流热流r1rST1TS图图5-15 5-15 液滴高温蒸发简图液滴高温蒸发简图5.4 液滴的蒸发和燃烧液滴的蒸发和燃烧 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系25 5.4.15.4.1液滴的低温蒸发液滴的低温蒸发

24、v 液滴的低温蒸发实质上是扩散过程液滴的低温蒸发实质上是扩散过程 v 设液滴为球形，悬浮在稳定不变的介质环境中液滴表面蒸气设液滴为球形，悬浮在稳定不变的介质环境中液滴表面蒸气为饱和状态且为理想气体。可以用球坐标表示出蒸气扩散方为饱和状态且为理想气体。可以用球坐标表示出蒸气扩散方程程 22rDtr在稳态条件下：在稳态条件下： 022rr其边界条件是其边界条件是 r，rr0，s 积分后，可得液滴表面处单位面积的蒸发率积分后，可得液滴表面处单位面积的蒸发率0/ )(rDwsw 若用分压代替（若用分压代替（5-285-28）式中的密度，就得到了兰穆尔公式）式中的密度，就得到了兰穆尔公式)205( )(

25、40ppRTDMrwsr r0 0液滴半径液滴半径 燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系265.4.2单液滴燃烧 v 简化假设：简化假设： （1 1）液滴呈球形，由一高温球）液滴呈球形，由一高温球面所包围；面所包围； （2 2）蒸发是稳态过程，表面蒸）蒸发是稳态过程，表面蒸发和液体处于平衡状态；发和液体处于平衡状态； （3 3）通过传热和扩散，液滴达）通过传热和扩散，液滴达到稍低于液体沸点的温度；到稍低于液体沸点的温度； （4 4）蒸发过程是等压的；）蒸发过程是等压的； （5 5）不考虑辐射和流热损失；）不考虑辐射和流热损失； （6 6）在液滴附近，燃料气浓度）在液滴

26、附近，燃料气浓度和温度随离开液滴中心的距离和温度随离开液滴中心的距离呈线性变化。呈线性变化。 火 焰 前火 焰 前锋锋蒸 气蒸 气流流热流热流蒸 气蒸 气流流热热流流r1r3T1TS图图5-15 5-15 液滴高温蒸发简图液滴高温蒸发简图燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系27在稳态条件下，有在稳态条件下，有 HTTCdrdTrspgg m42对于液滴直径无限小的变化，上式可写为（对上式两边求导）：对于液滴直径无限小的变化，上式可写为（对上式两边求导）： )315( 42drdTrdrddrdTCmgpg 在液滴表面在液滴表面r=rr=rs s、T TT Ts s，到

27、火焰前锋，到火焰前锋r=rr=r1 1、T TT T1 1之间对上式积分可得之间对上式积分可得 srrrrsgpgdrdTrdrdTrTTCm22114热传导热传导 = = 升温吸热升温吸热 + + 蒸发吸热蒸发吸热HTTCdrddrdTrdrdspggm42drdTCdrdTrdrdpggm421224rrrrsgpgdrdTrdrdTrTTCms燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系28在液滴表面在液滴表面传给液滴的热量传给液滴的热量 = 蒸发吸热蒸发吸热HmdrdTrsrrs24srrHmdrdTrs42即即 将上式代入式中，并在将上式代入式中，并在r=rr=rs

28、 s、T TT Ts s、火焰前锋火焰前锋r=rr=r1 1，T TT T1 1之间积分，则有之间积分，则有spggssspggTTHCrrrrCm1111ln41244rrssgpgdrdTrHmTTCm燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系29如果液滴的质量用下式表示如果液滴的质量用下式表示lssrm343drrdtmdmlss24spggsgssslpgTTHCdrrrrCdt111ln1如果如果r r1 1rrs s，则，则r rs s/r/r1 1可以忽略，于是上式成为可以忽略，于是上式成为spggsgsslpgTTHCdrrCdt11ln燃烧学燃烧学-第五章

29、第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系30spggsslpgTTHCrrCt1221ln2在在t t0 0、r rs s（r rs s）t t0 0和和t=tt=t，r rs s（r rs s）t tt tr r之间对上式积分，则得之间对上式积分，则得 122Kddts直径平方定律 122tKdds燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系310543211.00.880.60.440.2123546t（ms）图5-16 直径为1020m的柴油和燃料油滴蒸发的体积百分数与蒸发时间及周围介质温度的关系燃烧学燃烧学-第五章第五章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系32表表5-16 不同环境温度和压力条件下滴的体积百分数随蒸发时间的变化关系不同环境温度和压力条件下滴的体